Modalità longitudinale singola vs singoli diodi laser in modalità trasversale

Diodo laserLe modalità sono divise in modalità longitudinale e modalità trasversale. La modalità longitudinale si riferisce alla modalità d'onda stazionaria del laser nella direzione assiale della cavità risonante, che determina le caratteristiche spettrali; La modalità trasversale è la distribuzione del campo di luce perpendicolare alla direzione di propagazione, che colpisce la forma del raggio e l'angolo di divergenza. I laser a modalità longitudinale singola emettono solo una singola frequenza con elevata purezza spettrale; I laser a modalità trasversale singola (come la modalità fondamentale TEM₀₀) hanno una distribuzione del raggio gaussiano e un'eccellente coerenza spaziale. I diodi laser di diverse modalità presentano vantaggi unici nei campi di comunicazioni, rilevamento e cure mediche. La scelta della modalità giusta è fondamentale per le prestazioni dell'applicazione.

Confronto di principi di lavoro
1. Diodo laser a modalità longitudinale singola
Design della cavità risonante:Le oscillazioni in modalità multi-longitudinale sono soppresse da una breve lunghezza della cavità (come la struttura della superficie della cavità verticale che emette il laser VCSEL, che ha una breve lunghezza della cavità) o un riflettore Bragg distribuito (DBR/DFB, come il laser DBR, che utilizza una selezione di frequenza di griglia per ottenere funzioni specifiche). Il suo scopo fondamentale è quello di rendere stabilmente stabilmente una singola modalità longitudinale e oscillare e amplificare nella direzione della modalità longitudinale della cavità risonante, in modo da produrre una singola luce longitudinale.
Caratteristiche spettrali:Ha le caratteristiche della larghezza della linea stretta, che di solito può raggiungere il livello MHZ. Ciò significa che la stabilità di frequenza della sua luce di uscita è molto alta e l'intervallo di fluttuazione della frequenza è molto stretta. Questa caratteristica lo fa avere importanti applicazioni nel campo della spettroscopia ad alta precisione. Ad esempio, negli esperimenti di spettroscopia Raman per un'analisi precisa della composizione del materiale, è necessaria una fonte di luce con frequenza altamente stabile per identificare accuratamente le caratteristiche spettrali corrispondenti alla transizione del livello di energia delle molecole di materiale; Allo stesso tempo, è anche fondamentale nel campo della comunicazione ottica. La larghezza della linea stretta può ridurre l'influenza della dispersione sulla trasmissione del segnale e migliorare la qualità e la capacità della comunicazione. Ad esempio, in sistemi di comunicazione ottica a lunga distanza ad alta velocità, i diodi laser a modalità longitudinale singola possono garantire meglio la trasmissione a bassa perdita e di alta qualità dei segnali ottici.
2. Diodo laser a modalità trasversale singolo
Design della struttura della guida d'onda:Strutture speciali a guida d'onda come la guida d'onda della cresta o la struttura affusolata sono utilizzate principalmente per limitare la generazione di modalità trasversali di alto ordine. Queste strutture vincolano la modalità di propagazione della luce nella direzione trasversale (nel piano perpendicolare alla direzione di propagazione della luce), in modo che solo la modalità fondamentale (modalità TEM₀₀) possa essere stabilmente trasmessa nella direzione trasversale, garantendo così che l'output sia una singola modalità trasversale.
Qualità del raggio:L'output della modalità fondamentale (TEM₀₀) può essere raggiunta e il fattore M² è vicino a 1, il che significa che l'angolo di divergenza del suo raggio di uscita è molto piccolo. In poche parole, l'energia della luce è più concentrata durante la propagazione, la collimazione del raggio è migliore e può essere più accuratamente focalizzata sulla posizione target o mantenere una dimensione del punto inferiore a una distanza più lunga. Questo raggio di alta qualità è molto importante per alcune applicazioni che richiedono una messa a fuoco precisa. Ad esempio, nel campo dell'elaborazione laser, un singolo laser in modalità trasversale con un piccolo angolo di divergenza può tagliare e saldare i materiali di saldatura in modo più accurato, evitando problemi come una ridotta accuratezza di elaborazione dovuta alla divergenza del raggio.

Confronto dei parametri chiave

Confronto del campo dell'applicazione

1. Diodo laser a modalità longitudinale singola
① Field di comunicazione in fibra ottica
Applicazione: svolge un ruolo chiave nei sistemi DWDM (Dense Wavele Long Lungey Division). A causa della sua larghezza di linea stretta, può effettivamente ridurre il crosstalk del canale, in modo che più canali con diverse lunghezze d'onda possano essere stabilmente trasmessi in una fibra ottica, migliorando notevolmente la capacità di comunicazione e l'efficienza di trasmissione di fibre ottiche e la trasmissione di dati a livello di internet.
② Spectroscopia e campo di rilevamento
Applicazione: ha prestazioni eccezionali nel rilevamento di gas ad alta risoluzione. Ad esempio, prendendo il laser CO₂ come esempio, l'uscita luminosa per la sua singola modalità longitudinale ha le caratteristiche della stabilità ad alta frequenza, che può corrispondere più accuratamente allo spettro di assorbimento specifico delle molecole di gas. Riflettendo le sottili variazioni dello spettro dopo l'interazione tra luce e gas, è possibile ottenere una misurazione ad alta precisione di parametri come la concentrazione di gas. Può essere ampiamente utilizzato nel monitoraggio ambientale, nel controllo dei processi industriali, nell'analisi accurata della composizione e del contenuto del gas e di altri scenari.
③ campo tecnologico quantistico
Applicazione: può essere utilizzato come una singola sorgente di fotoni e svolge un ruolo importante nella distribuzione della chiave quantistica, nel calcolo quantistico e in altri esperimenti di comunicazione quantistica e elaborazione delle informazioni quantistiche; Allo stesso tempo, negli esperimenti di atomi freddi, con la sua stabilità estremamente ad alta frequenza, può fornire un ambiente di campo elettromagnetico preciso per manipolare la transizione a livello di energia di atomi freddi e altri processi, contribuendo a raggiungere un controllo preciso e la ricerca degli stati quantici microscopici e promuovere lo sviluppo e l'esplorazione dell'applicazione della tecnologia quantistica.
2. Diodo laser a modalità trasversale singolo
① campo di elaborazione laser
Applicazione: poiché può ottenere la produzione di modalità fondamentale (TEM₀₀) e un piccolo angolo di divergenza, l'energia è distribuita gaussiana e altamente concentrata, quindi ha vantaggi unici nel taglio della precisione, nella saldatura e in altre operazioni di elaborazione. Ad esempio, quando elaborano finemente fogli di metallo, componenti elettronici, ecc., Il punto della luce può essere focalizzato in modo più accurato sulla parte da essere elaborata, ottenendo una rimozione o una connessione di materiale ad alta precisione per l'accuratezza e la protezione della proprietà materiale.
② Field lidar
Applicazione: sfruttando il suo piccolo angolo di divergenza, può focalizzare meglio i segnali laser emessi e ricevuti durante il processo di distanza e migliorare l'accuratezza della misurazione della distanza target. Ciò è fondamentale per i veicoli di guida autonomi per percepire accuratamente l'ambiente circostante, costruire mappe ad alta precisione e ottenere un evitamento di ostacoli sicuro. Aiuta a migliorare la sicurezza e l'affidabilità della guida autonoma ed è anche una delle importanti applicazioni di sensori nello sviluppo attuale della tecnologia di trasporto intelligente.
③ Campo di imaging medico e biologico
Applicazione: svolge un ruolo importante nella microscopia confocale. Poiché può produrre raggi a bassa aberrazione, può concentrarsi meglio su diversi livelli del campione e raccogliere informazioni chiare di immagine, riducendo la sfocatura dell'immagine o la distorsione causata da fattori come la distorsione del percorso ottico durante l'imaging, raggiungendo così le microstrutture tridimensionali e la diagnosi di biologia e la diagnosi in base alle microstrutture e nella diagnosi di imaging tridimensionali in base alla biologia delle microstrici e alla diagnosi in base alle microstrutture e alla diagnosi in base alle microstrutture e alla diagnosi in base alle microstrutture e alle scuole patologiche in termini di biologia delle chiccing. patologia.

In sintesi, i diodi laser a modalità longitudinale singola sono diventati la prima scelta per applicazioni sensibili alla frequenza come le comunicazioni ottiche e l'analisi spettrale di precisione a causa della loro purezza spettrale estremamente elevata (larghezza di linea stretta e basso rumore). Possono effettivamente evitare interferenze multi-frequenza e garantire l'accuratezza della trasmissione e della misurazione del segnale. I diodi laser a modalità trasversale singola sono noti per la loro eccellente qualità del raggio (distribuzione gaussiana e basso angolo di divergenza). Sono particolarmente adatti per campi con requisiti rigorosi sull'accuratezza spaziale, come l'elaborazione laser e il lidar, e possono raggiungere un'elevata concentrazione di energia e una risoluzione spaziale fine. I due tipi di laser hanno i propri vantaggi e la selezione effettiva deve bilanciare le caratteristiche spettrali e la qualità del raggio in base ai requisiti specifici dell'applicazione.

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